態℃|王貽芳:物質科學不強，其他科學不可能強
聯合採訪：劉江來（未來論壇青創聯盟成員/上海交通大學物理與天文學院教授）章劍鋒（本站科技記者）
撰文 | 章劍鋒
出品 | 本站科技《態℃》欄目組（公衆號：tech_163）
在9月7日揭曉的未來科學大獎物質科學獎項中，中國科學院院士、中科院高能物理研究所所長王貽芳成爲得主之一，將與另一位得主、他的合作者陸錦標分享總共100萬美元的獎金。此時，距他2012年在大亞灣反應堆中微子實驗發現“第三種中微子振盪模式”，時隔7年。未來科學大獎評委會說，“王貽芳的這項研究成果，將爲超出標準模型的新物理研究，特別是解釋宇宙中物質與反物質不對稱性提供了可能。”
“未來科學大獎”是中國首個由科學家羣體和企業家羣體共同發起的科學獎項，它獎勵的科研成果，要求具備這樣幾個條件：在大中華地區完成、在國際學界具有影響力、原創性，並且該成果已經經過相對長時間的檢驗。對獲獎者的國籍、性別和年齡不設限。該獎2016年設立，2019年是第四屆。頒獎儀式將在11月份舉行。
“我還沒有想好該怎麼用這筆錢”。在揭曉儀式後，王貽芳第一時間接受了本站科技記者與未來論壇青年科學家代表的聯合專訪，談到這筆“鉅額獎金”對於他目前正在力籲推進的環形正負電子對撞機會否有幫助時，王貽芳語氣輕鬆，”大加速器所需要的經費規模遠超過這個獎金，（這筆錢）也許可以用來作爲募集更多經費的成本花費。”
採訪過王貽芳的一些媒體，形容這位科學家是不擅於言辭的人，能把天聊死，但在本次歷時一小時的採訪中，王貽芳談吐從容，應答自如，在談及一些公共關注的問題時，聲氣很足，談興很健。
以下是主要的訪談內容：
一，爲什麼能發現第三種中微子振盪？
問：中微子被譽爲一種“幽靈粒子”，前兩種振盪現象證明中微子有質量，這個科研發現在2015年獲得了諾貝爾物理獎，您的第三種中微子振盪發現的意義是什麼？
王貽芳：新的中微子振盪模式的發現，第一個重要的意義在於它使我們對中微子振盪的整個圖像有了完整的認識。因爲三種中微子一般而言就應該有三種振盪模式，最後一種振盪模式的存在及其振幅大小，應該說對我們理解整個中微子振盪的圖像具有非常重要的意義。
第二，中微子振盪使得我們有可能有一種（所謂的輕子）CP破壞，?就是宇宙和電荷守恆的破壞，使得我們有可能理解和解釋宇宙當中的物質和反物質的不對稱性。所以要想確認這一點就需要能夠測量CP破壞的參數，而CP破壞的參數跟第三種振盪模式的振幅又是聯繫在一起的，如果振幅爲零的話，CP破壞的參數永遠測不出來。所以未來實驗的能力，在很大程度上決定於第三種振盪振幅的大小。
應該說我們非常幸運，這個振幅非常大，比我們原來預想的大了10倍左右，這種情況下未來的測量中微子CP破壞的實驗就相對比較容易，也正因爲如此國際上幾個實驗最近都開始啓動，包括美國和日本。應該說第三種振盪模式振幅參數θ13的測量使得中微子物理研究未來的發展有了非常清晰的路徑。
問：大亞灣實驗是在國際競爭下做出來的成果，當時是如何超越韓國和法國的國際競爭的？
王貽芳：2002年我們知道或者說我們確認中微子有振盪，θ12和θ23的振盪參數都已經測量出來以後，大家的目光就集中在θ13參數的測量方面。2003年左右全世界大概有8個實驗的方案，大家都希望自己的方案一是能得到自己國家政府的支持拿到經費；二是能夠爭取獲得足夠的國際支持，使得參加這個實驗的科學家人數能夠達到最高。因爲人數多了得到各自國家經費支持的機率就會比較大。當時中國的大亞灣實驗也參與了競爭，最後經過3年，在2016年左右我們跟美方正式完成了合作組的安排，使得大亞灣實驗組成爲當時國際上θ13測量的最大合作組。
同時，我們也需要開展實驗本身的設計和研製，因爲我們的科學目標相對來說比較激進，目標比較高，使得我們對探測器建設的要求也比較高，即探測器建設的規模和精度，以及地下實驗室開挖的規模，都遠遠大於其他實驗。另外兩個獲得支持的法國和韓國的實驗相對建設規模跟我們比較小不少。我們的規模大，建設要求高，當然花的時間就比較長。到2011年的時候我們發現其它的實驗已經幾乎快完成了，或者已經完成了，所以我們就處於非常緊張的階段。
最終還是我們先進的設計和規模起了正面的作用，我們一年取數獲得的θ13測量精度會遠遠超過其它實驗好多倍，最後通過三個月的數據我們發表了第一次結果，比別人一年的數據精度還要高。這樣我們最終在競爭中不僅僅實現了精度，同時在時間上也成了當時世界上最快的。這個結果決定於實驗的設計，也決定於建造進度和建造的水平，最終是很多因素造成的，有偶然的也有必然的。
問：2012年大亞灣首個實驗結果出來以後，當時國際上有怎樣的反映？
王貽芳：大亞灣實驗成果的發表，應該說做了很好的準備，所以我們的實驗結果立刻得到大家的關注和信服，整體來說對結果的正確性和精度不太有異議。因爲在發表正式的科學結果之前兩三個月，我們就在2012年的1月份發表了實驗的探測器文章，把我們整個實驗的設計、建造、獲取的初步數據向國際社會做了報告。這樣大家可以看到我們探測器的運行情況怎麼樣，精度怎麼樣，誤差怎麼樣。這樣一個詳細的文章，實際上讓大家對我們的結果有了信心，到我們發表正式物理結果、科學結果的時候，大家對我們的儀器，對我們的數據，包括對我們的誤差都沒有什麼疑問。應該說這樣的一個設計安排是起到了我們預想的效果。
二，他想改變自然科學教科書上清一色寫滿外國人名字的歷史
問：大亞灣實驗後，目前中國在中微子研究方面有沒有新的舉措？
王貽芳：我們在大亞灣實驗正在進行的過程當中，大約在2008年左右，就開始規劃設計了下一代的中微子實驗，這個實驗繼續延續前面反應堆中微子實驗研究的技術方向。但是用反應堆中微子來測量中微子振盪當中另外的一些參數，比如說中微子質量的順序。同時這樣一個實驗也可以做天體物理的研究，包括太陽中微子，地球中微子，還有超新星中微子等等。
我們從2008年開始規劃設計這個方案時，也開始了關鍵技術的預研。等到大亞灣實驗結果出來之後，在2013年左右，我們就開始了新的實驗，叫做江門中微子實驗的建設研製工作，現在我們還在進行當中，估計在2021年左右，我們會完成這樣一個新的實驗建設，開始它的科學研究工作。
問：大家比較關心的問題，中微子振盪第三種模式的發現，這個研究成果，對大衆生活有沒有直接的影響？公衆應該怎麼看待它？
王貽芳：應該說對大衆生活不會有立刻的直接的影響，但是基礎科學研究是一個現代國家，特別是一個有抱負的大國應該從事的研究方向，孩子們上課學的自然科學的書，都是外國人的名字，中華民族曾經對人類的文明做出過重大的貢獻，我們也希望未來的中國在人類文明的發展上，能有一些有顯示度的貢獻。基礎科學研究是我們的弱項，這方面我覺得應該大力的投入，特別是未來30年、50年之後，孩子們學習的課本當中能有一些中國人的名字在上面，中微子研究是其中努力的一個小部分。
三，科學領先和科學設備領先之間是什麼關係？
問：經過了北京譜儀，經過了大亞灣正在開展的大型的大科學裝置研製之後，這些實驗對於產業界的促進怎麼樣？聽說最近江門中微子實驗有一個關於光電探測的突破，填補了國內的空白？
王貽芳：大科學設備的研製是未來科學發展的必然。人類發展到今天，從過去只依靠感觀，手也好、眼睛也好，到必須依賴於儀器，是一步步發展出來的。所以未來我們的儀器一定是越來越大。對於未來的科學發展，最核心的就是你是否具有儀器設備的研製能力，這對我們的科學能不能走到世界的最前列具有極其核心關鍵的意義。
所以我們在發展自己的實驗，實現科學目標的同時，也非常關注或者側重於核心技術能力的建設。
一方面是我們自己的科研人員，我們的研究所，相關的實驗工廠必須要有這個能力，同時我們也關注於發展國內工業，跟他們一起開發一些相關的技術。
剛纔你提到的在江門中微子實驗當中，我們就希望把實驗探測的核心元件?光電探測元件實現國產化，這個光電探測元件其實具有非常廣泛的用途，所有的微光要想被探測到，在很大程度上都要依賴於這種探測元件，我們叫光電倍增管。國內過去曾經有過一點能力，但是水平很低，後來在市場經濟的情況下全部衝擊完了，基本上國內沒有生產。
從2008年開始到2015年，通過將近7年的努力，我們最終實現了當初的期望，完成了光電倍增管的樣機研製，也實現了批量生產。現在我們在橫向擴展，跟企業一起在開發下一代用於其它方面的各種各樣的光電器件。從這個點出發，我們正在不斷地橫向拓展，希望未來通過江門中微子光電倍增管項目的研製，使得國內在微光探測這方面真的走到國際的最前沿。
問：我們也希望未來在基礎科學方面的研究可以解決工業界很多越來越多的“卡脖子”的問題。
王貽芳：一般來說你的科學目標如果是最先進的，或者是遠遠領先的話，必然要求你的設備要國際領先，通過這種研製跟企業的結合，科學家、工程師一起合作，可以使得我們整個的技術能力有比較大的向前發展的機會。
四，對撞機項目的技術準備工作正在推進中
問：從2012年提出對撞機的計劃，一直到現在，進展情況怎麼樣？
王貽芳：我們從2012年提出這個方案，2013年正式開始啓動對它的設計和研究準備工作，到現在爲止經歷了6年的時間，我們完成了整個方案的概念設計，我們也開始了一些關鍵技術的預研，一些關鍵樣機很快就會出來，這會使我們整個項目未來的建設有一個基礎。我們希望在未來的3—5年的時間裡，完成基礎準備工作，正式的開始建設。我們也會在未來的3—5年當中，完成地質勘探、選址、土建的設計、國際合作的準備等等其它的工作。
問：也就是說這個事情還是處在計劃當中？
王貽芳：也不能說完全處在計劃當中，因爲設計也好，關鍵技術預研也好，已經進入到了相當深入的程度了，而且結果很快就會出來了。最終政府的決策在很大程度上也要看我們最終的關鍵設計和技術預研的成果，要把樣機拿出來，最後政府才能知道這個東西是確切可靠的，這麼多錢是可以造出來的，這個技術是存在的，這個東西是你能做出來的。
我們現在畫的圖紙可能有兩三種不同的選擇，我們不知道哪個好，但是等到樣機做出來了，我們就會知道哪個是我們真想做的方案，所以還需要一點時間才能說它是一個確實的建設方案，現在我們完成的是一個概念設計，還不是一個技術設計。從概念設計落到技術設計還要有一段時間，需要把技術準備工作做完。
問：之後再等待政府最終的決策？
王貽芳：政府最終的決策也依賴於我們的輸入，也依賴於我們告訴他這個工作進展到什麼程度，這個東西有多難，這個東西做得出來還是做不出來，是不是我說的這麼多錢，這些都是要有依據的，要有實實在在的設備放在那裡的。我們正在做這件事情。
五，對撞機項目在哪裡落地，哪裡就會是世界科學中心
問：您推進的CEPC的項目，爲什麼說它會是一個讓中國科研向前走的項目？
王貽芳：我們必須要在基礎科學研究當中有對人類文明發展作出能夠載入史冊的重大貢獻，這樣的貢獻，一方面應該期待一些實驗室突然能有的奇思妙想，但這不是全部，可能還有相當一部分的重大科學成果，是從有組織的、大規模的科學實踐當中產生的。事實上在最近的這些年，這種大規模的、有組織的科學研究活動確實產生了一些重大的發現，比如說大家知道的引力波，大家知道的希格斯粒子的發現，大家知道的中微子振盪，這些都是依賴有組織的、大規模的科學研究而最終產生的重大科學發現。
第二方面，從中國現在的情況來看，做這種有組織的、大規模的科學研究相對來說比那種奇思妙想出成果的機會可能略大一些。我自己覺得我們現在做的有組織的、大規模的建設相對還是不錯的，這是我們的特長，所以我們應該做這樣的事情。
第三方面，大規模、有組織的大科學裝置的建設帶來的收益很大。主要是在科學儀器的研製和相關的人才培養方面。因爲現在這些小科學的儀器都是買的，如果只發展這些小科學，可能永遠也跳不出依賴國外儀器的現狀。大科學裝置一般不會買儀器，一般都是自己研製。過去北京正負電子對撞機、北京譜儀和大亞灣、江門中微子實驗，我們跟企業合作都產生了收益，企業在技術上有了比較大的進步，特別是在人才培養方面有了很大的收益，大大提高了研發能力。所以設施越先進、規模越大，起的推動作用就會越大。
這也就是爲什麼我們提出CEPC這個項目，首先當然是科學上必須是這個領域最重要，或者最好的科學題目和科學方案。我們是通過全世界的科學家一起來論證的。事實上現在世界各國包括歐洲和美國都在搞自己國家未來高能物理髮展規劃，從這些討論當中可以看到我們提出的CEPC項目在科學上已經站住了腳。其次我們認爲我們提出的技術方案是可行的，它對我們國家發展的推動作用是巨大的。
這個裝置，無論它落在哪裡，哪裡就是一個世界科學中心，對當地的經濟發展也會有重大的推動作用。它的國際化科研管理方式，對我們整個國家的科技管理也會有示範引領作用，對科技發展也會有重大的推動作用。
我們覺得它足夠重要，它會成爲中國的科學中心、世界的科學中心，成爲一個標杆，這個裝置具有50年以上的科學壽命。
六，“如果物質科學不強，其他科學不可能強”
問：我知道您一直有一個主張：基礎研究必須要加強。您也講到物質科學探索很重要，對於我們國家來講，物質科學探索這一塊目前的不足在哪兒？
王貽芳：我們的不足在幾個方面：第一投入不足，經費不足。首先我們對基礎科學的投入，佔R&D的比例只有5%，而國際上經常是在15%左右。我認爲中國應該在未來5年左右的時間裡儘快達到10%的水平。我不能說我自己做物理的，我們就應該多投物理，而是說應該做一個橫向的比較，做一個系統的研究，通過數據來看我們投入是不是真的不足，還是某些人爲自己的領域爭取經費。我們應該有更加系統的研究。根據我自己的研究和看到的數據，我認爲第一我們對基礎科學研究的投入不足，基礎科學研究當中對物質科學投入也是不足的，因爲物質科學實際上是所有基礎科學研究的一個基礎，我們所有的其它研究最終都依賴於儀器，所有的這些儀器最終都依賴於物質科學，如果物質科學不強，其它不可能強。
第二個是人才不足，人才不足在很大程度上也是跟投入相關，如果沒有足夠的投入自然就不會產出足夠多的高水平的人才。
第三，前面兩個不足有一點互爲因果，橫向跟國際上比，這方面的研究水平也好、規模也好，有很大的差距。這方面我們希望在未來的5年當中通過各種各樣的努力，能夠比較快的改變這個現狀，而且我認爲我們已經有了很好的基礎，這種改變是可以做到的。30年前顯然條件不具備，我們走過了一個快速發展的道路。今天整個的科學研究發展到了需要精細化管理的程度，我們需要認真仔細分析我們和國際上的差距，確保我們的投入更加有效。
問：我們國家整個高能物理從規模到人員和國際上的差距，如何體現?
王貽芳：最簡單的方式就是數人數，人的數量跟他們比差不多是他們的五分之一到十分之一。因爲我們的GDP規模跟美國、歐洲、日本差的不太多，也許人數可以差兩倍，但是差十倍顯然不太合理。我們的經費跟美國也差了十倍左右,所以我覺得不是特別合理。應該能夠追到跟美國差兩三倍,這纔跟我們的經濟發展水平相匹配。我覺得這個改變也不是很難，是可以做到的。這樣來看，如果我們按20年的建設運行週期考慮，建設CEPC並沒讓我們比別的領域多花錢，只不過是我們把大家的錢集中到一起，看起來比較多而已。
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